З Днём касманаўтыкі! Мы здалі ў друкарню . Менавіта ў гэтыя дні астрафізікі паказалі ўсяму свету як чорныя дзіркі выглядаюць. Супадзенне? Не думаем 😉 Так што чакайце, хутка з'явіцца дзіўная кніга, якую напісалі Стывен Габсер і Франс Прэторыюс, пераклаў выдатны пулкоўскі астраном aka Астрадзед Кірыл Масленнікаў, зрабіў навуковую рэдактуру легендарны Уладзімір Сурдзін і падтрымаў яе выданне фонд Траекторыя.
Урывак «Тэрмадынаміка чорных дзірак» пад катом.
Да гэтага часу мы разглядалі чорныя дзюры як астрафізічныя аб'екты, якія ўтварыліся пры выбухах звышновых або ляжаць у цэнтрах галактык. Мы назіраем іх ускосна, вымяраючы паскарэнні блізкіх да іх зорак. Знакамітая рэгістрацыя гравітацыйных хваляў прымачом LIGO 14 верасня 2015 г. стала прыкладам больш прамых назіранняў сутыкнення чорных дзірак. Матэматычныя прылады, якімі мы карыстаемся для дасягнення лепшага разумення прыроды чорных дзюр, такія: дыферэнцыяльная геаметрыя, раўнанні Эйнштэйна і магутныя аналітычныя і лікавыя метады, якія ўжываюцца для рашэння раўнанняў Эйнштэйна і пры апісанні геаметрыі прасторы-часу, якое спараджаюць чорныя дзюры. І як толькі мы зможам даць поўнае колькаснае апісанне спараджаемай чорнай дзіркай прасторы-часу, з астрафізічнага пункта гледжання тэма чорных дзюр зможа лічыцца зачыненай. У шырэйшай тэарэтычнай даляглядзе застаецца яшчэ вельмі шмат магчымасцяў для даследавання. Мэта гэтага раздзела - распавесці аб некаторых тэарэтычных дасягненнях сучаснай фізікі чорных дзюр, у якіх ідэі тэрмадынамікі і квантавай тэорыі аб'ядноўваюцца з агульнай тэорыяй адноснасці, спараджаючы нечаканыя новыя канцэпцыі. Асноўная ідэя заключаецца ў тым, што чорныя дзюры не проста геаметрычныя аб'екты. У іх ёсць тэмпература, яны валодаюць велізарнай энтрапіяй і могуць дэманстраваць праявы квантавай заблытанасці. Нашы развагі аб тэрмадынамічных і квантавых аспектах фізікі чорных дзюр будуць больш урыўкавымі і павярхоўнымі, чым прадстаўлены ў папярэдніх раздзелах аналіз чыста геаметрычных асаблівасцяў прасторы-часу ў чорных дзірах. Але і гэтыя, і асабліва квантавыя, аспекты з'яўляюцца істотнай і жыццёва важнай часткай якія вядуцца тэарэтычных даследаванняў чорных дзюр, і мы вельмі пастараемся перадаць калі не складаныя дэталі, то прынамсі дух гэтых прац.
У класічнай агульнай тэорыі адноснасці - калі казаць аб дыферэнцыяльнай геаметрыі рашэнняў раўнанняў Эйнштэйна - чорныя дзюры з'яўляюцца сапраўды чорнымі ў тым сэнсе, што з іх нішто не можа выбрацца вонкі. Стывен Хокінга паказаў, што гэтая сітуацыя цалкам змяняецца, калі мы прымаем да ўвагі квантавыя эфекты: чорныя дзюры, аказваецца, выпускаюць выпраменьванне пэўнай тэмпературы, вядомай як тэмпература Хокінга. Для чорных дзюр астрафізічных памераў (гэта значыць ад чорных дзюр зорных мас да звышмасіўных) тэмпература Хокінга занядбана малая ў параўнанні з тэмпературай касмічнага мікрахвалевага фону - выпраменьвання, які запаўняе ўвесь Сусвет, якое, дарэчы, само можа разглядацца як варыянт выпраменьвання Хокінга. Разлікі, выкананыя Хокінга для вызначэння тэмпературы чорных дзюр, з'яўляюцца часткай больш шырокай праграмы даследаванняў у вобласці, званай тэрмадынамікі чорных дзюр. Іншую большую частку гэтай праграмы складае вывучэнне энтрапіі чорных дзюр, якая характарызуе колькасць інфармацыі, якая губляецца ўнутры чорнай дзіркі. Звычайныя аб'екты (такія, як кружка вады, брусок з чыстага магнію ці зорка) таксама валодаюць энтрапіяй, і адным з цэнтральных сцвярджэнняў тэрмадынамікі чорных дзюр з'яўляецца тое, што чорная дзірка дадзенага памеру валодае большай энтрапіяй, чым любая іншая форма матэрыі, якую можна змясціць у вобласць такога ж памеру, але без утварэння чорнай дзіркі.
Але перш чым мы глыбока пагрузімся ў разбор праблем, звязаных з выпраменьваннем Хокінга і энтрапіяй чорных дзюр, давайце распачнем хуткі экскурс у вобласці квантавай механікі, тэрмадынамікі і заблытанасці. Квантавая механіка была распрацавана ў асноўным у 1920-х гадах, і яе асноўнай мэтай было апісанне вельмі маленькіх часціц матэрыі, такіх як атамы. Распрацоўка квантавай механікі прывяла да размывання такіх базавых паняццяў фізікі, як дакладнае становішча індывідуальнай часціцы: аказалася, напрыклад, што становішча электрона пры яго руху вакол атамнага ядра не можа быць дакладна вызначана. Замест гэтага электронам былі прыпісаны так званыя арбіты, на якіх іх сапраўдныя палажэнні могуць быць вызначаны толькі ў імавернасным сэнсе. Для нашых мэт, аднак, важна не пераходзіць да гэтага — імавернаснага — боку справы занадта хутка. Возьмем найпросты прыклад: атам вадароду. Ён можа знаходзіцца ў пэўным квантавым стане. Самы просты стан вадароднага атама, які называецца асноўным, — гэта стан з найменшай энергіяй, і гэта энергія дакладна вядомая. У больш агульным сэнсе, квантавая механіка дазваляе нам (у прынцыпе) ведаць стан любой квантавай сістэмы абсалютна дакладна.
Імавернасці выходзяць на сцэну, калі мы задаем пэўнага віду пытанні аб квантава-механічнай сістэме. Напрыклад, калі дакладна вядома, што атам вадароду знаходзіцца ў асноўным стане, мы можам спытаць: "Дзе знаходзіцца электрон?" і па законах квантавай
механікі атрымаем на гэтае пытанне толькі некаторую адзнаку верагоднасці, прыблізна нешта накшталт: "верагодна, электрон знаходзіцца на адлегласці да паловы ангстрэма ад ядра атама вадароду" (адзін ангстрэм роўны 
метраў). Але ў нас ёсць магчымасць з дапамогай пэўнага фізічнага працэсу знайсці становішча электрона значна дакладней, чым да аднаго ангстрэма. Гэты даволі звычайны ў фізіцы працэс складаецца ў тым, каб запусціць у электрон фатон з вельмі кароткай даўжынёй хвалі (ці, як кажуць фізікі, рассеяць фатон на электроне) - пасля гэтага мы зможам рэканструяваць месцазнаходжанне электрона ў момант рассейвання з дакладнасцю, прыкладна роўнай даўжыні хвалі фатона. Але гэты працэс зменіць стан электрона, так што пасля гэтага ён ужо не будзе знаходзіцца ў асноўным стане вадароднага атама і не будзе мець дакладна вызначанай энергіі. Затое на некаторы час яго становішча будзе амаль сапраўды вызначана (з дакладнасцю да даўжыні хвалі скарыстанага для гэтага фатона). Папярэдняя ацэнка становішча электрона можа быць праведзена толькі ў імавернасным сэнсе з дакладнасцю каля аднаго ангстрэма, але як толькі мы вымералі яго, мы дакладна ведаем, чаму яно было роўна. Карацей кажучы, калі мы некаторым спосабам вымяраем квантава-механічную сістэму, то, прынамсі ў агульнапрынятым сэнсе, мы "гвалтам" надаём ёй стан з вызначаным значэннем велічыні, якую вымяраем.
Квантавая механіка прыкладзеная не толькі да малых, але і (як мы лічым) да ўсіх сістэм, аднак для вялікіх сістэм квантава-механічныя правілы хутка становяцца вельмі складанымі. Ключавой канцэпцыяй з'яўляецца квантавая заблытанасць, простым прыкладам якой можа служыць паняцце спіна (кручэнні). Індывідуальныя электроны валодаюць спінам, таму на практыцы адзінкавы электрон можа мець спін, накіраваны ўверх ці ўніз па стаўленні да абранай прасторавай восі. Спін электрона з'яўляецца назіранай велічынёй, таму што электрон спараджае слабое магнітнае поле, падобнае палю магнітнага бруска. Тады спін, накіраваны ўверх, азначае, што паўночны полюс электрона паказвае ўніз, а спін, накіраваны ўніз, азначае, што паўночны полюс "глядзіць" уверх. Два электрона могуць быць пастаўлены ў спалучаны квантавы стан, у якім у аднаго з іх спін накіраваны ўверх, а ў іншага ўніз, але сказаць, у якога з электронаў які спін, пры гэтым немагчыма. У сутнасці, у асноўным стане атама гелія два электроны знаходзяцца менавіта ў такім стане, званым спін-сінглетным, бо сумарны спін абодвух электронаў роўны нулю. Калі мы падзелім гэтыя два электроны, не змяняючы іх спіной, то зможам працягваць сцвярджаць, што яны разам спін-сінглетны, але па-ранейшаму не зможам сказаць, які будзе спін у любога з іх па асобнасці. Вось калі мы вымераем адзін з іх спіной і ўсталюем, што ён накіраваны ўверх, тады мы будзем цалкам упэўненыя, што другі накіраваны ўніз. У гэтай сітуацыі мы кажам, што спіны заблытаныя - ніводзін сам па сабе не мае пэўнага значэння, у той час як разам яны знаходзяцца ў пэўным квантавым стане.
Эйнштэйна вельмі турбавала з'ява заблытанасці: яно, здавалася, пагражае асноўным прынцыпам тэорыі адноснасці. Разгледзім выпадак двух электронаў у спін-сінглетным стане, калі яны абароняць далёка сябар ад сябра ў прасторы. Для пэўнасці, няхай адзін з іх возьме сабе Аліса, а другі - Боб. Дапусцім, што Аліса вымерала спін свайго электрона і выявіла, што ён накіраваны ўверх, а Боб нічога вымяраць не стаў. Пакуль Аліса не выканала сваё вымярэнне, немагчыма было сказаць, які спін яго электрона. Але як толькі яна сваё вымярэнне завяршыла, яна абсалютна сапраўды пазнала, што спін электрона Боба накіраваны ўніз (у кірунку, зваротным кірунку спіна яе ўласнага электрона). Ці значыць гэта, што яе вымярэнне імгненна перавяло электрон Боба ў стан, калі яго спін накіраваны ўніз? Як гэта магло адбыцца, калі электроны прасторава падзелены? Эйнштэйн і яго супрацоўнікі Натан Розен і Барыс Падольскі адчувалі, што гісторыя з вымярэннем заблытаных сістэм настолькі сур'ёзная, што пагражае самому існаванню квантавай механікі. Сфармуляваны імі парадокс Эйнштэйна-Падольскага-Розена (ЭПР) выкарыстоўвае разумовы эксперымент, падобны да таго, што мы цяпер апісалі, каб зрабіць выснову: квантавая механіка не можа быць поўным апісаннем рэальнасці. Цяпер на падставе тэарэтычных пошукаў і мноства вымярэнняў ўсталяваліся агульнае меркаванне, што ЭПР-парадокс змяшчае памылку, а квантавая тэорыя дакладная. Квантава-механічная заблытанасць рэальная: вымярэнні заблытаных сістэм будуць карэляваць, нават калі гэтыя сістэмы далёка разнесеныя ў прасторы-часе.
Вернемся да сітуацыі, дзе мы паставілі два электроны ў спін-сінглетны стан і раздалі іх Алісе і Бобу. Што мы можам сказаць аб электронах да таго, як праведзены вымярэнні? Што абодва разам яны знаходзяцца ў пэўным квантавым стане (спін-сінглетным). Спін Алісінага электрона з аднолькавай верагоднасцю накіраваны ўверх ці ўніз. Дакладней, квантавы стан яе электрона з аднолькавай верагоднасцю можа быць адным (спінам уверх) ці іншым (спінам уніз). Цяпер для нас паняцце верагоднасці набывае глыбейшы сэнс, чым раней. Перш мы разглядалі пэўны квантавы стан (асноўны стан атама вадароду) і бачылі, што ёсць некаторыя "нязручныя" пытанні, такія, напрыклад, як "Дзе знаходзіцца электрон?", - пытанні, адказы на якія існуюць толькі ў імавернасным сэнсе. Калі б мы задавалі "добрыя" пытанні, напрыклад: "Якая энергія гэтага электрона?", мы атрымлівалі б на іх пэўныя адказы. Цяпер жа няма «добрых» пытанняў, якія мы маглі б задаць аб Алісін электроне, адказы на якія не залежалі б ад электрона Боба. (Мы не гаворым пра дурныя пытанні накшталт «А ці ёсць у Алісінага электрона наогул спін?» — пытаннях, на якія існуе толькі адзін адказ.) Такім чынам, для вызначэння параметраў адной з палов заблытанай сістэмы нам давядзецца выкарыстоўваць імавернасную мову. Вызначанасць узнікае толькі, калі мы разглядаем сувязь паміж пытаннямі, якія могуць задаць аб сваіх электронах Аліса і Боб.
Мы знарок пачалі з адной з найпростых квантава-механічных сістэм, якія нам вядомыя: сістэмы спіной індывідуальных электронаў. Ёсць надзея, што на базе падобных простых сістэм будуць пабудаваны квантавыя кампутары. Сістэма спіной індывідуальных электронаў або іншыя эквівалентныя квантавыя сістэмы зараз называюцца кубітамі (скарачэнне ад "квантавыя біты"), што падкрэслівае іх ролю ў квантавых кампутарах, аналагічную ролі, якую гуляюць звычайныя біты ў кампутарах лічбавых.
Уявім сабе зараз, што мы замянілі кожны электрон значна больш складанай квантавай сістэмай са шматлікімі, а не толькі двума квантавымі станамі. Напрыклад, далечы Алісе і Бобу брускі з чыстага магнію. Перш чым Аліса і Боб разыдуцца па сваіх справах у розныя бакі, іх брускі могуць узаемадзейнічаць, і мы дамовімся, што пры гэтым яны набываюць пэўны агульны квантавы стан. Як толькі Аліса і Боб разыходзяцца, іх магніевыя брускі перастаюць узаемадзейнічаць. Як і ў выпадку з электронамі, кожны брусок знаходзіцца ў нявызначаным квантавым стане, хоць разам, як мы лічым, яны ўтвараюць стан цалкам вызначанае. (У гэтым абмеркаванні мы мяркуем, што Аліса і Боб здольныя перамяшчаць свае магніевыя брускі, ніяк не парушаючы іх унутранага стану, сапраўды гэтак жа як раней мы меркавалі, што Аліса і Боб маглі падзяляць свае заблытаныя электроны, не змяняючы іх спіной.) Але адрозненне паміж гэтым разумовым эксперыментам і эксперыментам з электронамі складаецца ў тым, што нявызначанасць квантавага стану кожнага бруска велізарная. Брусок цалкам можа набыць больш квантавых станаў, чым колькасць атамаў у Сусвеце. Вось тут на сцэну і выходзіць тэрмадынаміка. Вельмі недакладна вызначаныя сістэмы могуць, тым не менш, мець некаторыя добра вызначаныя макраскапічныя характарыстыкі. Такі характарыстыкай з'яўляецца, напрыклад, тэмпература. Тэмпература - гэта мера таго, з якой верагоднасцю любая частка сістэмы мае пэўную сярэднюю энергію, прычым больш высокая тэмпература адпавядае большай верагоднасці мець вялікую энергію. Іншы тэрмадынамічны параметр - энтрапія, па сутнасці, роўная лагарыфму колькасці станаў, якія сістэма можа прымаць. Яшчэ адна тэрмадынамічная характарыстыка, якая была б істотная для бруска магнію, - гэта яго сумарная намагнічанасць, гэта значыць, у сутнасці, параметр, які паказвае, наколькі больш у бруску можа быць электронаў са спінам, накіраваным уверх, чым са спінам, накіраваным уніз.
Мы прыцягнулі да нашага аповяду тэрмадынаміку як спосаб апісваць сістэмы, квантавыя станы якіх сапраўды невядомыя з-за іх заблытанасці з іншымі сістэмамі. Тэрмадынаміка - магутная прылада аналізу такіх сістэм, але яе стваральнікі зусім не меркавалі такога яе ўжывання. Садзі Карно, Джэймс Джоўль, Рудольф Клаўзіус былі дзеячамі прамысловай рэвалюцыі XIX стагоддзя, і цікавіў іх самае практычнае з усіх пытанняў: як працуюць рухавікі? Ціск, аб'ём, тэмпература і цеплыня - плоць і кроў рухавікоў. Карно ўстанавіў, што энергія ў выглядзе цеплыні ніколі не можа быць цалкам пераўтворана ў карысную працу накшталт уздыму грузаў. Частка энергіі заўсёды будзе марнавацца марна. Клаўзіус унёс асноўны ўклад у стварэнне ідэі энтрапіі як універсальнага інструмента вызначэння энергетычных страт у ходзе любога працэсу, звязанага з цеплынёй. Галоўным яго дасягненнем было ўсведамленне таго, што энтрапія ніколі не памяншаецца - амаль ва ўсіх працэсах яна расце. Працэсы, у якіх энтрапія павялічваецца, называюцца незваротнымі - менавіта таму, што яны не могуць пайсці назад без памяншэння энтрапіі. Наступны крок на шляху развіцця статыстычнай механікі быў зроблены Клаўзіусам, Максвелам і Людвігам Больцманам (у ліку многіх іншых) - яны паказалі, што энтрапія з'яўляецца мерай бязладзіцы. Звычайна чым больш вы дзейнічаеце на нешта, тым больш уносьце туды бязладзіцы. І нават калі вы распрацавалі працэс, мэтай якога з'яўляецца навядзенне парадку, падчас яго непазбежна ўтворыцца больш энтрапіі, чым будзе знішчана, - напрыклад, пры вылучэнні цеплыні. Пад'ёмны кран, які ўкладвае сталёвыя бэлькі ў ідэальным парадку, стварае спарадкаванасць у сэнсе размяшчэння бэлек, але падчас яго працы вылучыцца гэтулькі цяпла, што агульная энтрапія ўсё роўна расце.
Але ўсё ж адрозненне погляду на тэрмадынаміку фізікаў XIX стагоддзя ад погляду, звязанага з квантавай заблытанасцю, не такое вялікае, якім здаецца. Кожны раз, калі сістэма ўзаемадзейнічае з вонкавым агентам, яе квантавы стан заблытваецца з квантавым станам агента. Звычайна гэтая заблытанасць вядзе да павелічэння нявызначанасці квантавага стану сістэмы, іншымі словамі, да росту колькасці квантавых станаў, у якіх сістэма можа знаходзіцца. У выніку ўзаемадзеяння з іншымі сістэмамі энтрапія, якая вызначаецца ў тэрмінах колькасці даступных сістэме квантавых станаў, як правіла, расце.
Увогуле, квантавая механіка дае новы спосаб характарызаваць фізічныя сістэмы, у якіх некаторыя параметры (напрыклад, становішча ў прасторы) становяцца нявызначанымі, затое іншыя (напрыклад, энергія) часта вядомыя сапраўды. У выпадку квантавай заблытанасці дзве прынцыпова паасобныя часткі сістэмы маюць вядомы агульны квантавы стан, а кожная частка па асобнасці - стан нявызначаны. Стандартны прыклад заблытанасці - пара спіной у сінглетным стане, у якім немагчыма сказаць, які спін накіраваны ўверх, а які - уніз. Нявызначанасць квантавага стану ў вялікай сістэме патрабуе тэрмадынамічнага падыходу, пры якім макраскапічныя параметры, такія як тэмпература і энтрапія, вядомыя з вялікай дакладнасцю, нягледзячы на тое што ў сістэмы існуе мноства магчымых мікраскапічных квантавых станаў.
Скончыўшы наш кароткі экскурс у вобласць квантавай механікі, заблытанасці і тэрмадынамікі, паспрабуем зараз зразумець, як усё гэта прыводзіць да разумення таго факту, што чорныя дзюры маюць тэмпературу. Першы крок да гэтага зрабіў Біл Унру - ён паказаў, што які паскараецца назіральнік у плоскай прасторы будзе валодаць тэмпературай, роўнай свайму паскарэнню, падзеленаму на 2π. Ключ да вылічэнняў Унру ў тым, што назіральнік, які рухаецца з пастаянным паскарэннем у пэўным кірунку, можа бачыць толькі палову плоскай прасторы-часу. Другая палова, па сутнасці, знаходзіцца за гарызонтам, падобным да гарызонту чорнай дзіркі. Спачатку гэта выглядае немагчымым: як можа плоская прастора-час паводзіць сябе як гарызонт чорнай дзіркі? Каб зразумець, як гэта выходзіць, паклічам на дапамогу нашых верных назіральнікаў Алісу, Боба і Біла. Па нашай просьбе яны выстройваюцца ў лінію, прычым Аліса аказваецца паміж Бобам і Білам, а паміж назіральнікамі ў кожнай пары адлегласць складае роўна 6 кіламетраў. Дамовіліся, што ў нулявы момант часу Аліса скокне ў ракету і паляціць у бок Біла (а значыць, ад Боба) з пастаянным паскарэннем. Ракета ў яе вельмі добрая, здольная развіваць паскарэнне ў 1,5 трыльёна разоў больш гравітацыйнага паскарэння, з якім рухаюцца аб'екты зблізку паверхні Зямлі. Вядома, вытрымліваць такое паскарэнне Алісе нялёгка, але, як мы зараз убачым, гэтыя лічбы абраныя з вызначанай мэтай; у рэшце рэшт, мы проста абмяркоўваем патэнцыйныя магчымасці, вось і ўсё. Роўна ў той момант, калі Аліса скача да сябе ў ракету, Боб і Біл махаюць ёй рукой. (Мы маем права ўжываць выраз "роўна ў той момант, калі…", таму што пакуль Аліса яшчэ не пачала палёт, яна знаходзіцца ў той жа сістэме адліку, што і Боб з Білам, так што ўсе яны цалкам могуць сінхранізаваць свой гадзіннік.) Машучага ёй Біла Аліса, вядома, бачыць: праўда, знаходзячыся ў ракеце, яна ўбачыць яго раней, чым гэта здарылася б, калі б яна заставалася там, дзе была, бо яе ракета разам з ёй ляціць менавіта да яго. Ад Боба ж яна, наадварот, аддаляецца, так што мы можам слушна выказаць здагадку, што яна ўбачыць, як ён ёй махае, крыху пазней, чым убачыла б, застанься яна на ранейшым месцы. Але ісціна яшчэ больш дзіўная: Боба яна ўвогуле не ўбачыць! Інакш кажучы, фатоны, якія ляцяць ад махаючага рукой Боба да Алісы, ніколі яе не дагоняць, нават улічваючы, што яна ніколі не зможа дасягнуць хуткасці святла. Калі б Боб пачаў махаць, знаходзячыся крыху бліжэй да Алісы, тады фатоны, якія паляцелі ад яго ў момант яе адпраўлення, яе б нагналі, а калі б ён знаходзіўся крыху далей, то тым больш не нагналі б. Менавіта ў гэтым сэнсе мы кажам, што Алісе бачная толькі палова прасторы-часу. На момант, калі Аліса пачынае рух, Боб знаходзіцца крыху далей за гарызонт, які назірае Аліса.
У нашым абмеркаванні квантавай заблытанасці мы ўжо абвыклі да ідэі, што нават калі квантава-механічная сістэма ў цэлым валодае вызначаным квантавым станам, нейкія яе часткі могуць ім не валодаць. Насамрэч, калі мы абмяркоўваем складаную квантавую сістэму, нейкая яе частка можа быць найлепшай выявай ахарактарызавана менавіта ў рамках тэрмадынамікі: ёй можа быць прыпісана суцэль вызначаная тэмпература, нягледзячы на ў вышэйшай ступені нявызначаны квантавы стан усёй сістэмы. Наша апошняя гісторыя з удзелам Алісы, Боба і Біла крыху падобная на гэтую сітуацыю, але квантавая сістэма, пра якую мы тут гаворым, з'яўляецца пустым прасторай-часам, і Аліса бачыць толькі яго палову. Абмовімся, што прастора-час у цэлым знаходзіцца ў сваім асноўным стане, што азначае адсутнасць у ім часціц (вядома, не лічачы Алісы, Боба, Біла і ракеты). Але тая частка прасторы-часу, якую бачыць Аліса, будзе знаходзіцца не ў асноўным стане, а ў стане, заблытаным з той яго часткай, якой яна не бачыць. Успрыманае Алісай прастора-час знаходзіцца ў складаным нявызначаным квантавым стане, які характарызуецца канчатковай тэмпературай. Вылічэнні Унру паказваюць, што гэтая тэмпература складае прыкладна 60 нанакельвінаў. Коратка кажучы, па меры свайго паскарэння Аліса як бы акунаецца ў цёплую ванну выпраменьвання з тэмпературай, роўнай (у адпаведных адзінках) паскарэнню, падзеленаму на
Мал. 7.1. Аліса рухаецца з паскарэннем са стану спакою, у той час як Боб і Біл застаюцца нерухомымі. Паскарэнне Алісы якраз такое, каб яна ніколі не ўбачыла фатонаў, якія адпраўляе ў яе бок Боб у момант t = 0. Аднак яна атрымлівае фатоны, якія ў момант t = 0 ёй паслаў Біл. У выніку атрымліваецца, што Аліса здольная назіраць толькі адну палову прасторы-часу.
Дзівацтва вылічэнняў Унру складаецца ў тым, што хоць яны ад пачатку да канца ставяцца да пустой прасторы, яны супярэчаць вядомым словам караля Ліра "з нічога не выйдзе нічога". Як можа пустая прастора быць такой складанай? Адкуль у ім могуць узяцца часціцы? Справа ў тым, што паводле квантавай тэорыі пустая прастора зусім не пустая. У ім тут і там увесь час з'яўляюцца і знікаюць короткоживущие ўзрушанасці, званыя віртуальнымі часціцамі, энергія якіх можа быць і дадатнай, і адмоўнай. Назіральнік з далёкай будучыні - назавем яе Кэрал, - якая здольная бачыць практычна ўсю пустую прастору, можа пацвердзіць, што ў ім няма працягла існуючых часціц. Пры гэтым прысутнасць часціц са станоўчай энергіяй у той частцы прасторы-часу, якую Аліса можа назіраць, дзякуючы квантавай заблытанасці звязана з узрушанасці роўнай і супрацьлеглай па знаку энергіі ў неназіранай для Алісы часткі прасторы-часу. Уся праўда аб пустым прасторы-часе ў цэлым адкрыта для Кэрал, і гэтая ісціна ў тым, што там няма часціц. Аднак досвед Алісы кажа ёй, што часціцы там ёсць!
Але тады выходзіць, што вылічаная Унру тэмпература, падобна, проста фікцыя - яна з'яўляецца не столькі ўласцівасцю плоскай прасторы як такой, колькі уласцівасцю назіральніка, які адчувае ў плоскай прасторы пастаяннае паскарэнне. Аднак і само прыцягненне з'яўляецца такой жа "фіктыўнай" сілай у тым сэнсе, што "паскарэнне", якое ім выклікаецца, ёсць не што іншае, як рух па геадэзічнай у скрыўленай метрыцы. Як мы ўжо тлумачылі ў главе 2, эйнштэйнаўскі прынцып эквівалентнасці складаецца ў тым, што паскарэнне і прыцягненне, па сутнасці, эквівалентныя. З гэтага пункту гледжання няма нічога асабліва шакавальнага ў тым, што гарызонт чорнай дзіркі мае тэмпературу, роўную вылічанай Унру тэмпературы які паскараецца назіральніка. Але, можам мы спытаць, якое ж значэнне паскарэння нам трэба выкарыстоўваць для вызначэння тэмпературы? Выдаляючыся на досыць вялікую адлегласць ад чорнай дзюры, мы можам зрабіць яе гравітацыйнае прыцягненне калі заўгодна слабым. Ці варта з гэтага, што для вызначэння вымяраемай намі эфектыўнай тэмпературы чорнай дзюры нам трэба выкарыстаць адпаведнае малое значэнне паскарэння? Гэтае пытанне аказваецца даволі падступным, бо, як мы мяркуем, тэмпература аб'екта не можа адвольна змяншацца. Мяркуецца, што яна валодае некаторым фіксаваным канчатковым значэннем, якое можа вымераць нават вельмі выдалены назіральнік.
Крыніца: habr.com